信息安全工程师教程学习笔记(九)

信息安全工程师教程学习笔记（九）全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试，这门新开的信息安全工程师分属该考试“信息系统”专业，位处中级资格。

官方教材《信息安全工程师教程》及考试大纲于7月1日出版，希赛小编整理了信息安全工程师教程学习笔记之计算机网络体系结构，供大家参考学习。

计算机的网络结构可以从网络体系结构，网络组织和网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络，网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局，硬件、软件和通信线路来描述计算机网络，网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。

网络协议是计算机网络必不可少的，一个完整的计算机网络需要有一套复杂的协议集合，组织复杂的计算机网络协议的最好方式就是层次模型。

而将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构（Network Architecture）。

计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系·计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。

通常所说的计算机网络体系结构，即在世界范围内统一协议，制定软件标准和硬件标准，并将计算机网络及其部件所应完成的功能精确定义，从而使不同的计算机能够在相同功能中进行信息对接。

组成结构一、计算机系统和终端计算机系统和终端提供网络服务界面。

地域集中的多个独立终端可通过一个终端控制器连入网络。

二、通信处理机通信处理机也叫通信控制器或前端处理机，是计算机网络中完成通信控制的专用计算机，通常由小型机、微机或带有CPU的专用设备充当。

在广域网中，采用专门的计算机充当通信处理机：在局域网中，由于通信控制功能比较简单，所以没有专门的通信处理机，而是在计算机中插入一个网络适配器（网卡）来控制通信。

三、通信线路和通信设备通信线路是连接各计算机系统终端的物理通路。

通信设备的采用与线路类型有很大关系：如果是模拟线路，在线中两端使用Modem（调制解调器）；如果是有线介质，在计算机和介质之间就必须使用相应的介质连接部件。

四、操作系统计算机连入网络后，还需要安装操作系统软件才能实现资源共享和管理网络资源。

如：Windows 98、Windows 2000、Windows xp等。

五、网络协议网络协议是规定在网络中进行相互通信时需遵守的规则，只有遵守这些规则才能实现网络通信。

常见的协议有：TCT/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。

体系结构计算机网络是一个复杂的具有综合性技术的系统，为了允许不同系统实体互连和互操作，不同系统的实体在通信时都必须遵从相互均能接受的规则，这些规则的集合称为协议(Protocol)。

系统指计算机、终端和各种设备。

实体指各种应用程序，文件传输软件，数据库管理系统，电子邮件系统等。

互连指不同计算机能够通过通信子网互相连接起来进行数据通信。

互操作指不同的用户能够在通过通信子网连接的计算机上，使用相同的命令或操作，使用其它计算机中的资源与信息，就如同使用本地资源与信息一样。

计算机网络体系结构为不同的计算机之间互连和互操作提供相应的规范和标准。

层次结构计算机网络体系结构可以定义为是网络协议的层次划分与各层协议的集合，同一层中的协议根据该层所要实现的功能来确定。

各对等层之间的协议功能由相应的底层提供服务完成。

层次化的网络体系的优点在于每层实现相对独立的功能，层与层之间通过接口来提供服务，每一层都对上层屏蔽如何实现协议的具体细节，使网络体系结构作到与具体物理实现无关。

层次结构允许连接到网络的主机和终端型号、性能可以不一，但只要遵守相同的协议即可以实现互操作。

高层用户可以从具有相同功能的协议层开始进行互连，使网络成为开放式系统。

这里"开放”指按照相同协议任意两系统之间可以进行通信。

因此层次结构便于系统的实现和便于系统的维护。

对于不同系统实体间互连互操作这样一个复杂的工程设计问题，如果不采用分层次分解处理，则会产生由于任何错误或性能修改而影响整体设计的弊端。

相邻协议层之间的接口包括两相邻协议层之间所有调用和服务的集合，服务是第i层向相邻高层提供服务，调用是相邻高层通过原语或过程调用相邻低层的服务。

对等层之间进行通信时，数据传送方式并不是由第i层发方直接发送到第i 层收方。

而是每一层都把数据和控制信息组成的报文分组传输到它的相邻低层，直到物理传输介质。

接收时，则是每一层从它的相邻低层接收相应的分组数据，在去掉与本层有关的控制信息后，将有效数据传送给其相邻上层。

ISO/OSI网络体系结构国际标准化组织ISO(International Standards Organization)在80年代提出的开放系统互联参考模型OSI(Open System Interconnection)，这个模型将计算机网络通信协议分为七层。

这个模型是一个定义异构计算机连接标准的框架结构，其具有如下特点：①网络中异构的每个节点均有相同的层次，相同层次具有相同的功能。

②同一节点内相邻层次之间通过接口通信。

③相邻层次间接口定义原语操作，由低层向高层提供服务。

④不同节点的相同层次之间的通信由该层次的协议管理，⑤每层次完成对该层所定义的功能，修改本层次功能不影响其它层、⑥仅在最低层进行直接数据传送。

⑦定义的是抽象结构，并非具体实现的描述。

在OSI网络体系结构中、除了物理层之外，网络中数据的实际传输方向是垂直的。

数据由用户发送进程发送给应用层，向下经表示层、会话层等到达物理层，再经传输媒体传到接收端，由接收端物理层接收，向上经数据链路层等到达应用层，再由用户获取。

数据在由发送进程交给应用层时，由应用层加上该层有关控制和识别信息，再向下传送，这一过程一直重复到物理层。

在接收端信息向上传递时，各层的有关控制和识别信息被逐层剥去，最后数据送到接收进程。

现在一般在制定网络协议和标准时，都把ISO/OSI参考模型作为参照基准，并说明与该参照基准的对应关系。

例如，在IEEE802局域网LAN标准中，只定义了物理层和数据链路层，并且增强了数据链路层的功能。

在广域网WAN协议中，CCITT的X.25建议包含了物理层、数据链路层和网络层等三层协议。

一般来说，网络的低层协议决定了一个网络系统的传输特性，例如所采用的传输介质、拓扑结构及介质访问控制方法等，这些通常由硬件来实现；网络的高层协议则提供了与网络硬件结构无关的，更加完善的网络服务和应用环境，这些通常是由网络操作系统来实现的。

物理层(Physical Layer)物理层建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特(bit)流传输。

只有该层为真实物理通信，其它各层为虚拟通信。

物理层实际上是设备之间的物理接口，物理层传输协议主要用于控制传输媒体。

（1）物理层的特性物理层提供与通信介质的连接，提供为建立、维护和释放物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，提供在物理链路上传输非结构的位流以及故障检测指示。

物理层向上层提供位(bit)信息的正确传送。

其中机械特性主要规定接口连接器的尺寸、芯数和芯的位置的安排、连线的根数等。

电气特性主要规定了每种信号的电平、信号的脉冲宽度、允许的数据传输速率和最大传输距离。

功能特性规定了接口电路引脚的功能和作用。

规程特性规定了接口电路信号发出的时序、应答关系和操作过程，例如，怎样建立和拆除物理层连接，是全双工还是半双工等。

（2）物理层功能为了实现数据链路实体之间比特流的透明传输，物理层应具有下述功能：①物理连接的建立与拆除当数据链路层请求在两个数据链路实体之间建立物理连接时，物理层能够立即为它们建立相应的物理连接。

若两个数据链路实体之间要经过若干中继数据链路实体时，物理层还能够对这些中继数据链路实体进行互联，以建立起一条有效的物理连接。

当物理连接不再需要时，由物理层立即拆除。

②物理服务数据单元传输物理层既可以采取同步传输方式，也可以采取异步传输方式来传输物理服务数据单元。

③物理层管理对物理层收发进行管理，如功能的激活(何时发送和接收、异常情况处理等)、差错控制(传输中出现的奇偶错和格式错)等。

数据链路层(Data Link Layer)数据链路层为网络层相邻实体间提供传送数据的功能和过程；提供数据流链路控制；检测和校正物理链路的差错。

物理层不考虑位流传输的结构，而数据链路层主要职责是控制相邻系统之间的物理链路，传送数据以帧为单位，规定字符编码、信息格式，约定接收和发送过程，在一帧数据开头和结尾附加特殊二进制编码作为帧界识别符，以及发送端处理接收端送回的确认帧，保证数据帧传输和接收的正确性，以及发送和接收速度的匹配，流量控制等。

（1）数据链路层的目的提供建立、维持和释放数据链路连接以及传输数据链路服务数据单元所需的功能和过程的手段。

数据链路连接是建立在物理连接基础上的，在物理连接建立以后，进行数据链路连接的建立和数据链路连接的拆除。

具体说，每次通信前后，双方相互联系以确认一次通信的开始和结束，在一次物理连接上可以进行多次通信。

数据链路层检测和校正在物理层出现的错误。

（2）数据链路层的功能和服务数据链路层的主要功能是为网络层提供连接服务，并在数据链路连接上传送数据链路协议数据单元L-PDU，一般将L-PDU称为帧。

数据链路层服务可分为以下三种：①无应答、无连接服务。

发送前不必建立数据链路连接，接收方也不做应答，出错和数据丢失时也不做处理。

这种服务质量低，适用于线路误码率很低以及传送实时性要求高的(例如语音类的)信息等。

②有应答、无连接服务。

当发送主机的数据链路层要发送数据时，直接发送数据帧。

目标主机接收数据链路的数据帧，并经校验结果正确后，向源主机数据链路层返回应答帧；否则返回否定帧，发送端可以重发原数据帧。

这种方式发送的第一个数据帧除传送数据外，也起数据链路连接的作用。

这种服务适用于一个节点的物理链路多或通信量小的情况，其实现和控制都较为简单。

③面向连接的服务。

该服务一次数据传送分为三个阶段：数据链路建立，数据帧传送和数据链路的拆除。

数据链路建立阶段要求双方的数据链路层作好传送的准备；数据传送阶段是将网络层递交的数据传送到对方；数据链路拆除阶段是当数据传送结束时，拆除数据链路连接。

这种服务的质量好，是ISO/OSI参考模型推荐的主要服务方式。

（3）数据链路数据单元数据链路层与网络层交换数据格式为服务数据单元。

数据链路服务数据单元，配上数据链路协议控制信息，形成数据链路协议数据单元。

数据链路层能够从物理连接上传输的比特流中，识别出数据链路服务数据单元的开始和结束，以及识别出其中的每个字段，实现正确的接收和控制。